KR20040002603A - 집적 힘 센서를 구비하는 클램핑 요소 - Google Patents

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bolt
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라파엘 베른하우츠그뤼터
알렉산더 그레버
한스외르크 구예르
페터 헤스
니콜리노 온다
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에섹 트레이딩 에스에이
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Abstract

미리 정해진 이송 방향으로 기판을 이송하기 위한 클램핑 요소는 기판(8)을 클램핑하기 위한 제 1 및 제 2 클램핑 조(6;7)를 구비하는 제 1 및 제 2 레그(2,3)를 포함한다. 상기 2 개의 클램핑 조(6;7) 각각은 상기 상응하는 레그(2 또는 3)에 대하여 이송 방향으로 이동가능한 클램핑 플레이트(14)를 구비한다. 센서는 제 1 레그(2)에 대한 제 1 클램핑 플레이트(14)의 편향을 측정한다. 상기 측정된 편향이 미리 정해진 초기값을 초과하는 경우, 상기 클램핑 요소는 개방된다.

Description

집적 힘 센서를 구비하는 클램핑 요소{CLAMPING ELEMENT WITH AN INTEGRATED FORCE SENSOR}
본 발명은 청구범위 제 1 항의 전제부에 제시된 유형의 집적 힘 센서를 구비하는 클램핑 요소에 관한 것이다.
당업계에서는 다이 본더 또는 와이어 본더로 알려져 있는, 자동 조립 장치에 의한 반도체 칩의 마운팅 또는 와이어링에 있어서, 이러한 클램핑 요소는 기판을 미리 정해진 방향으로 이송하는데 적합하다. 이러한 유형의 클램핑 요소를 구비하는 이송 장치는 EP 330 831 호에 공지되며, 이러한 클램핑 요소는 CH 679 878 호에 공지된다.
많은 상이한 재료들이 기판으로서 사용된다. 한편으로, 박판으로 된 천공된금속 스트립, 소위 리드프레임이 기판으로서 제공된다. 대체로, 이러한 리드프레임은 여전히 상대적으로 두껍고 매우 안정하다. 다른 한편으로, 플라스틱으로 제조된 호일 스트립이 기판으로서 사용되는데, 이것은 종이 한장 만큼 얇다. 상기 기판은 스택(stack) 또는 매거진(magazine)으로부터 수취되고 적어도 하나의 클램핑 요소를 포함하는 이송 장치에 공급되어 이것에 의해 이송 방향으로 주기적으로 이동되고 적어도 하나의 공정 스테이션으로 공급된다. 일반적으로, 다이 본더는 2 개의 공정 스테이션을 포함하는데, 즉, 접착제의 일부가 기판 위치에 도포되는 디스펜싱 스테이션(dispensing station), 그리고 반도체 칩이 상기 기판상에 위치되는 본딩 스테이션(bonding station)이다. 다른 한편으로, 와이어 본더는 상기 반도체 칩이 상기 기판에 와이어 결합되는 단지 1 개의 단일 공정 스테이션을 포함한다. 공정 후에, 상기 기판은 또다시 이송되고 매거진에 삽입된다. 이러한 매거진은 서로 적층되게 배열된 수많은 그루브를 구비하는 컨테이너이고 상기 기판은 그것들 사이의 공간 속으로 삽입된다. 불행하게도, 기판은 상기 매거진 내에서 그것의 최종 위치에 도달하기 전에 매거진의 어떤 부분에서 걸리거나 막혀버리는 일이 종종 발생한다. 이렇게 하여, 상기 기판은 손상될 수 있고 특히 그것이 비교적 얇은 경우 파괴될 수도 있다.
이와 같은 경우의 상기 기판의 손상 또는 파괴를 막기 위해서, 몇몇 자동 조립 장치에 있어서, 상기 기판의 가장자리에 놓여지는 롤러가 사용된다. 상기 기판이 이송 방향으로 이송되는 경우, 상기 롤러는 상기 기판상에서 회전하고 그것이 회전하고 있다는 신호를 전달한다. 상기 기판이 어떤 위치에서 걸리면 곧바로, 그다음 그 위치가 상기 롤러에 대해서 더이상 변하지 않는다: 상기 롤러는 정지 상태이다. 상기 롤러의 정지는 즉시 상기 이송 장치를 멈추게 하기 위한 신호를 개시한다. 이러한 감지 방법은 비교적 안정한 기판에는 충분히 잘 작용하지만 플라스틱으로 만들어진 얇은 호일 스트립에는 그러하지 아니하다.
실시되고 있는 또 다른 방법은 가능한 한 멀리 상기 기판을 홀딩하기 위한 클램핑 요소에 의해 형성되는 클래핑 힘을 감소시켜서 상기 클램핑 요소가 상기 기판이 어떤 위치에서 걸리면 곧바로 상기 기판을 따라 간단히 슬라이딩될 수 있도록 하는 것이다. 한편으로, 상기 클램핑 요소를 설정하는 것은 어려운 작업이다. 다른 한편으로, 상기 클램핑 조(jaws)가 확실하게 개폐되도록 상기 클램핑 요소를 위한 특별한 구동장치가 필요하다. 또한, 이러한 방법은 얇은 호일 스트립에는 더이상 사용될 수 없다.
본 발명의 목적은 상기 이송 단계 동안에 기판의 걸림 현상 또는 막힘 현상이 감지되도록 하고, 상기 기판이 손상되기 전에 상기 이송 장치가 정지되도록 하는 센서를 창안하는 것이다.
도 1 은 집적 힘 센서를 구비하는 클램핑 요소,
도 2 는 도 1 의 선 I-I 에 따른 클램핑 요소,
도 3 은 도 1 의 선 Ⅱ-Ⅱ 에 따른 클램핑 요소, 그리고
도 4 는 상기 힘 센서의 제어신호와 출력신호의 진행을 도시한다.
본 발명은 청구범위 1 항에 주어진 특징들을 포함한다. 바람직한 설계는 종속항으로부터 기인한다.
미리 정해진 이송 방향으로의 기판의 이송을 위한 클램핑 요소는 기판을 클램핑하기 위한 제 1 및 제 2 클램핑 조를 구비하는 제 1 및 제 2 레그(leg)를 포함한다. 상기 2 개의 클램핑 조는 각각 대응하는 레그에 대한 이송 방향으로 이동가능한 클램핑 플레이트를 구비한다. 센서는 제 1 레그에 관한 제 1 클램핑 플레이트의 편향을 측정한다. 상기 센서의 출력신호는 상기 2개의 클램핑조가 폐쇄되어야 하는지 또는 개방되어야 하는지에 관한 정보를 포함한다. 상기 측정된 편향이 미리 정해진 초기값을 초과하면, 즉시, 상기 클램핑 요소는 개방된다.
이하, 본 발명의 실시예가 도면을 참조로 더욱 상세히 설명된다. 상기 도면은 개략도이며 실크기로 도시되지 않았다.
도 1 은 집적 힘 센서를 구비하는 클램핑 요소(1)의 측면도를 도시한다. 상기 클램핑 요소(1)는 2개의 레그(2 및 3)를 포함하는데, 이것들은, 축(5) 상에서의 상기 상부 레그(3)의 회전 운동이 상기 평면에 수직하게 수행되도록 하기 위해, 일단부에서 고정된 조인트(4)에 의해 접속된다. 상기 2 개의 레그(2 및 3) 각각의 타단부는 기판(8)을 클램핑하는 클램핑 조(6 또는 7)를 포함한다. 상기 상부 레그(3)를 축(5)상에서 회전시키는 바람직한 전자기적 구동장치는 상기 클램핑 요소(1)를 개방 및 폐쇄한다. 또한, 상기 클램핑 요소(1)는 선택적으로 하부 레그(2)에 고정되고 상부 레그(3)를 지지하는 볼트(9)를 포함한다. 상기 볼트(9)는 상부 레그(3) 내의 드릴홀(10) 내로 돌출되어 들어간다. 상기 볼트(9)는 상기 2개의 클램핑 조(6 및 7) 근처에 위치된다. 도 2 는 도 1 의 선 I-I 에 따른 클램핑 요소(1)의 단면을 도시한다. 2 개의 볼베어링(11)이 상기 볼트(9)의 지지를 위해 상부 레그(3)에 배열된다.
상기 클램핑 요소(1)는 상기 기판(8)을 상기 축(5)에 평행하게 뻗어있는 주어진 이송 방향(12;도2)으로 이송하는 역할을 한다. 이러한 목적에 적합한 이송 장치는, 예를 들면, 처음에 인용한 EP 330 831 호에 공지되어 있다. 상기 볼트(9)는, 가속 및 제동될 때, 상대적인 위치의 변화가 상기 힘 센서에서 오차 신호를 유도하게 함으로써 상기 2 개의 레그(2 및 3)의 상대적 위치가 상기 이송 방향(12)에 대하여 변하지 않도록 보장한다.
도 3 은 도 1 의 선 Ⅱ-Ⅱ 에 따른 상기 클램핑 요소(1)의 클램핑 조(6 및 7)의 단면을 도시한다. 양 클램핑 조(6 및 7)는 서로 평행하게 뻗어있으며 2개의 브릿지(15 및 16)에 의해 접속되는 고정 플레이트(13) 및 클램핑 플레이트(14)를 각각 포함한다. 상기 상부 클램핑 조(7)로부터, 단지 상기 클램핑 플레이트(14) 및 고정 플레이트(13)만을 볼 수 있다. 상기 고정 플레이트(13)는 대응하는 레그(2 또는 3)에 고정되고, 반면 상기 2 개의 클램핑 플레이트(14)는 상기 기판(8)을 클램핑하기 위해 서로 마주보는 클램핑 표면을 갖는다. 상기 클램핑 플레이트(14)는 상기 2개의 브릿지(15 및 16)에 의해 지지되고, 상기 고정 플레이트(13)에 대하여 이송 방향으로 이동가능하다. 상기 고정 플레이트(13), 클램핑 플레이트(14) 및 2 개의 브릿지(15 및 16)는 하나의 재료로부터 제조되고 고정된 조인트를 형성한다. 상기 2 개의 클램핑 조(6 및 7)는 동일하게 형성될 수 있다. 그러나, 그것들은 또한 도 3 에 도시된 실시예에서와 같이 상이한 기하구조를 갖을 수 있는데, 상기 하부 클램핑 조(6)의 브릿지(15 및 16)는 수직방향으로 뻗어있는 반면, 상부 클램핑 조(7)의 브릿지(15 및 16)는 수평방향으로 뻗어있다.
상기 이송 방향(12)으로 또는 그 반대 방향으로 상기 클램핑된 기판(8)에 작용되는 각각의 힘은, 상기 클램핑 요소(1)의 레그(2 및 3)에 단단히 나사결합된 고정 플레이트(13)에 대한 상기 클램핑 플레이트(14)의 편향을 야기한다. 이렇게 함에 있어서, 상기 브릿지(15 및 16)가 변형된다. 상기 브릿지(15 및 16)의 이러한 변형은 센서에 의해 감지되고 측정된다. 상기 센서는 4 개의 스트레인 게이지(strain gauges; 17-20)로 구성되는 것이 바람직하며, 이것들은 브릿지 회로로서 와이어 결합된다. 상기 4 개의 스트레인 게이지(17-20)는 상기 브릿지(15 및 16) 상에 접착되고 이에 의해, 이송방향(12)에서 보이는 바와 같이, 1 개의 스트레인 게이지가 상기 브릿지의 각 측면에 위치하게 된다. 상기 4 개의 스트레인 게이지(17-20)는 압전저항기를 나타낸다. 상기 브릿지 회로의 출력 신호 Uout은 증폭되고 신호 U 가 형성되는데, 이것은 상기 클램핑 조(6 및 7)가 폐쇄되어야 하는지 또는 개방되어야 하는지를 지시한다. 상기 신호 U 는 2 가지 조건 "클램프" 및 "개방" 을 나타내는 2진 신호(binary signal)이다. 상기 고정 플레이트(13), 클램핑 플레이트(14) 및 상기 2 개의 브릿지(15 및 16)는 상기 4 개의 스트레인 게이지(17-20)와 함께 상기 힘 센서를 형성한다.
상기 기판(8)의 이송간에, 상이한 힘들이 상기 클램핑 조(6 및 7)에 작용하는데, 즉, 가속 및 제동에 의해 야기되는 힘 뿐만 아니라, 상기 기판(8)이 지지체 상에서 슬라이딩되기 때문에 마찰력이 작용한다. 이러한 힘들의 합은 상기 클램핑 요소(1)의 레그(2 및 3)에 견고하게 나사결합된 상기 고정 플레이트(13)에 대한 상기 클램핑 플레이트(14)의 계속적으로 변화하는 편향을 야기한다.
이하, 상기 신호 U 가 신호 Uout으로부터 어떻게 형성되는지에 관한 2가지 해설이 설명된다. 양 해설에 있어서, 신호 Uout은 잡음 및/또는 간섭 신호들을 제거하거나 또는 적어도 줄이기 위해서 공지된 통계학적 방법에 의해 처리된다.
방법 1
본 방법에 있어서, 상기 신호 U 는 신호 Uout이 미리 정해진 초기값 US를 초과하면 즉시, "개방" 값을 전달한다. 상기 클램핑 요소(1)에 의해 이송되는 기판(8)이 임의의 위치에서 걸리는 경우, 그 다음 상기 클램핑 플레이트(14)는 클램핑 요소(1)의 레그(2 및 3)에 견고하게 나사결합되는 상기 고정 플레이트(13)에 대하여 더욱 편향된다. 상기 편향이 초기값 US에 상응하는 측정치를 초과하면 즉시, 상기 클램핑 조(6 및 7)를 개방하도록 하는 명령이 주어진다.
방법 2
본 방법에 있어서, 상기 이송 운동의 전류 조건에 관한 데이터가 또한 고려된다. 이하, 변수 t 는 시간을 나타낸다. 도 4 는 이송 방향(12)으로의 상기 클램핑 요소(1) 가속의 주어진 진행에 상응하는 상기 배정된 구동장치에 적용되는 제어신호 Ust(t)와, 상기 센서에 의해 전달되는 신호 Uout(t)를 도시한다. 상기 신호 Uout(t)는 시간 오프셋을 가지고 상기 제어신호 Ust(t)를 뒤따른다.
상기 기판(8)의 이송은 주기적으로 일어난다: 상기 클램핑 요소(1)는 상기 기판(8)을 단단히 클램핑하고, 이것을 특정한 거리 만큼 이송하고, 상기 기판(8)의클램핑을 풀어주고 특정한 거리 만큼 이동되어 되돌아온다. 필요한 경우, 그 다음 사이클이 일어난다. 일 사이클 동안에 상기 기판(8)의 이송을 위해서, 상기 제어신호 Ust(t)는 3 개의 연속적인 단계를 포함한다: 가속 단계, 가속-자유 단계 및 제동 단계. 상기 신호 Uout(t)는 상기 가속-자유 단계에서는 사라지지 않는데, 이는 상기 지지체 상에서 슬라이딩 되거나 또는 안내부 상에서 슬라이딩 되어 상기 매거진으로 들어가고, 그루브 또는 측벽에 마찰되면서 상기 기판(8) 상에 마찰력이 작용하기 때문이다.
신호 Ua(t)는 이제 상기 제어신호 Ust(t)로부터 형성되는데, 이것은 상기 가속의 결과로서 상기 힘 센서에서 형성된 상기 신호에 밀접하게 상응한다. 그 다음 출력신호 Uout,korr(t)가 이러한 신호 Ua(t) 만큼 보정되어 형성된다:
Uout,korr(t) = Uout(t) - Ua(t)
본 방법에 있어서, 신호 U 는 또한, 상기 보정된 출력신호 Uout,korr(t) 또는 이것으로부터 유도된 신호가 미리 정해진 초기값 US를 초과하면 즉시, "개방" 값을 전달한다.
상기 신호 Ua(t)는 예를 들면, 제어신호 Ust(t)가 스케일되고 시간 추이되는 것과 같은 방법으로 상기 제어 신호 Ust(t)로부터 형성된다:
Ua(t) = k * Ust(t-△t1)
상기 파라미터 △t1은 일정한 시간 지속을 나타내고 파라미터 k 는 보정에 의해 결정되는 상수이다.
상기 두번째 방법의 장점은, 이러한 유형의 평가에 있어서, 상기 클램핑 요소(1) 가속의 결과로서 상기 클램핑 조(6 및 7)의 편향이 상기 기판(8)의 막힘으로서 해석되지 않는다는데 있다.
양 방법에 있어서, 상기 센서의 신호 Uout(t) 또는 Uout,korr(t)은 전기적인 간섭에 의해 야기되고, 상기 기판의 잡힘 또는 막힘에 기인하지는 않는 신호 피크를 가질 수 있다. 따라서, 이러한 유형의 신호 피크를 필터링하기 위해 신호 기술에서 통용되는 방법들이 사용되는 것이 바람직하고, 상기 신호 U 는 단지 필터링된 신호로부터 형성되어서 상기 신호 U 는 단지 상기 이송된 기판이 실제로 막힌 경우에만 "폐쇄" 값으로부터 "개방" 값으로 변화된다.
선택적으로, 도 3 의 실시예에서와 같이, 상기 클램핑 조(6 및7)는 상기 브릿지(15)를 향하는 표면(22) 및 브릿지(16)를 향하는 표면(23)을 구비하는 고정 플레이트(13)으로부터 돌출되는 강체부(rigid part;21)를 각각 구비한다.(단지 클램핑 조(6)의 고정 플레이트(13)에 고정된 상기 강체부(21) 만이 도시되고, 클램핑 조(7)의 강체부(21)는 도시되지 않음.) 작동간에, 상기 강체부(21)는 상기 클램핑 조(6 및 7)의 브릿지(15 및 16)의 과도한 기계적 스트레칭을 막는다. 아이들 상태(idle condition)에 있어서는, 상기 표면(22)과 브릿지(15)는 공기 간극에 의해 분리되고, 마찬가지로 상기 표면(23)과 브릿지(16)도 공기 간극에 의해 분리된다. 상기 클램핑 요소의 가속 및 제동간에는, 이러한 공기 간극의 크기가 상기 브릿지(15 및 16)의 편향의 결과로 변화한다. 아이들 상태에서의 상기 공기 간극의 크기는, 상기 브릿지(15) 또는 브릿지(16)가 소성적으로 변형되기 전에 상기 브릿지(15)가 상기 표면(22) 상에 멈추게 되거나 또는 상기 브릿지(16)가 상기 표면(23) 상에 멈추게 되도록 치수가 정해진다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 센서에 의하면, 이송 단계 동안에 기판이 잡히거나 또는 막히는 경우 이를 감지하여, 상기 기판이 손상되기 전에 이송 장치를 정지시킬 수 있는 탁월한 효과를 가져온다.

Claims (5)

  1. 각각 기판(8)을 클램핑하기 위한 제 1 또는 제 2 클램핑 조(6;7)를 구비하는 제 1 및 제 2 레그(2,3)를 포함하며, 상기 2개의 크램핑 조(6;7) 각각은 상응하는 상기 레그(2;3)에 대해 미리 정해진 방향으로 편향가능한 클램핑 플레이트(14)를 포함하고, 그리고
    상기 제 1 레그(2)에 대하여 제 1 클램핑 플레이트(14)의 편향을 측정하기 위한 센서를 포함하고, 상기 센서의 출력신호는 상기 2 개의 클램핑 조(6;7)가 폐쇄되어야 하는지 개방되어야 하는지에 관한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 클램핑 요소.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 클램핑 플레이트(14)는 제 1 레그(2)에 고정된 제 1 고정 플레이트(13)에 2개의 브릿지(15,16)를 통하여 연결되고, 상기 제 2 클램핑 플레이트(14)는 제 2 레그(3)에 고정된 제 2 고정 플레이트(13)에 2 개의 추가적인 브릿지(15,16)를 통하여 연결되는 것을 특징으로 하는 클램핑 요소.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 센서는 제 1 클램핑 플레이트(14)와 제 1 고정 플레이트(13)를 연결하는 2 개의 브릿지(15,16)에 고정된 스트레인 게이지로 구성되는 것을 특징으로 하는 클램핑 요소.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    추가적으로 볼트(9)를 더 포함하며, 상기 볼트는 상기 2 개의 레그(2 또는 3) 중 하나에 고정되고, 상기 2 개의 레그(3 또는 2) 중 다른것을 지지하는 것을 특징으로 하는 클램핑 요소.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 클램핑 플레이트(14)의 최대의 가능한 편향을 제한하는 강체부(21)를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 클램핑 요소.
KR1020030039078A 2002-06-28 2003-06-17 집적 힘 센서를 구비하는 클램핑 요소 KR20040002603A (ko)

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